La distance focale
S'il ne fallait retenir que cela :
La distance focale est la caractéristique principale d’un objectif. Elle est généralement indiquée sur la face avant de celui-ci. Elle définit deux paramètres qui sont liés : l’angle de champ et le grossissement.
Une petite longueur focale permet d’obtenir un angle de champ important. Le revers de la médaille est que les objets apparaissent petits sur l’image.
A l’inverse, une grande longueur focale permet de voir les objets beaucoup plus gros, mais au prix d’angle de champ réduit.
Les images à la fin de cet article montrent une même scène photographiée à différentes focales. On voit clairement que plus la distance focale augmente :
- Plus l’angle de champ se réduit (on capture de moins en moins d’éléments).
- Plus le grossissement augmente. La tour en est une bonne illustration.
Explications :
Rentrons maintenant un peu plus dans les détails. Un appareil de prise de vues se compose de deux éléments principaux : le capteur et l’objectif. Ce dernier est composé d’un nombre plus ou moins important de lentilles. Pour simplifier les explications, nous considérerons qu’il n’en contient qu’une seule.
Une lentille est un dispositif optique dont la fonction est de faire converger les rayons lumineux en un point. L’illustration la plus connue est celle d’une loupe qui permet de mettre le feu à un papier en concentrant les rayons du soleil (voir la figure 1 ci-dessous). Le point de convergence des rayons se nomme le foyer (noté F). La distance entre le plan de la lentille et le foyer se nomme distance focale (par convention, on la nomme f).
Un objectif se comporte de la même manière : il fait converger les rayons lumineux vers le capteur de l’appareil afin que celui-ci puisse former une image.
La figure 2 ci-dessous nous nous montre comment l’objectif « construit » l’image sur le capteur. Chaque élément de la scène « émet » des rayons lumineux. Lorsque ceux-ci traversent la lentille, ils sont déviés et convergent tous vers un même endroit. Ils forment alors un point lumineux sur le capteur.
Cette figure nous apprend en outre 2 choses :
- Le capteur se situe derrière le point F pour permettre la formation d’une image nette. Néanmoins, la figure ci-dessous amplifie ce décalage qui est en réalité très faible.
- Comme dans notre œil, l’image se forme de manière inversée sur le capteur. C’est ensuite l’électronique qui se charge de la remettre à l’endroit.
Voyons maintenant l’influence de la distance focale sur la prise de vue.
La figure 3.1 représente une faible distance focale f (pour simplifier, j’ai considéré que le capteur est positionné à la distance focale). La distance entre le capteur et l’objectif est donc… faible (ça, c’est plutôt trivial !). Si l’on trace les droites passant par les extrémités du capteur et le centre de la lentille (en vert), on constate qu’elles forment un angle important. Le capteur “verra” donc une partie importante de l’environnement.
Traçons sur le même schéma les droites définies la Tour Eiffel (en rouge). On peut voir que son image n’occupe que la moitié de la hauteur du capteur.
Nous comprenons maintenant pourquoi une distance focale faible génère un angle de champ important… et pourquoi les objets apparaissent si petits.
Intéressons-nous maintenant à la figure 3.2. Par rapport à la précédente, la position du capteur (donc de l’appareil) et de l’environnement sont inchangés. Par contre, la lentille s’est déplacée vers la gauche, augmentant ainsi la distance focale.
En traçant les mêmes lignes vertes et rouge, on s’aperçoit que l’angle de champ est maintenant plus réduit. Dans le cas présent, la Tour Eiffel occupe toute la hauteur du capteur et les lignes rouges et vertes sont superposées.
Si nous augmentons encore la distance focale, l’angle de vue se réduira encore. Le pied et le sommet de la Tour Eiffel sortent du champ de vision et nous « zoomons » sur le 2° étage (Figure 3.3).
Nous avons maintenant compris le rapport existant entre la distance focale d’une part et l’angle de champ et le grossissement d’autre part.
Mais concrètement, comment ça se traduit dans la vie de tous les jours ?
Tout dépendra du matériel utilisé pour la prise de vue.
- Si l’on utilise un smartphone, la question ne se pose pas. La focale est fixe et donc imposée par le constructeur. Nous pouvons toujours “zoomer” pour grossir les objets, mais il s’agit là d’un zoom numérique. Il consiste simplement regarder l’image de plus près, comme nous le ferions en zoomant sur une photo à l’écran d’un PC. Cela se fait au détriment de la définition de l’image.
- Sur certaines caméras d’action, il est possible de choisir entre 2 ou 3 angles de champ. Là encore, c’est transparent pour l’utilisateur. Il suffit de choisir une valeur dans un menu.
- Dans le cas des compacts ou des bridges, il est possible de faire varier la focale pour changer le grossissement. Ceci se fait simplement par le biais d’un bouton ou de l’écran et l’utilisateur n’a pas besoin de connaître la focale utilisée. Il lui suffit simplement d’adapter ce qu’il voit à l’écran à son souhait. Néanmoins, connaître la notion de focale pourra être intéressant à l’achat puisque cela donnera une indication sur limites haute et basse de l’objectif.
- Sur les appareils à objectif interchangeable (reflex ou hybride), comprendre la focale prend tout son sens. Que l’on achète l’objectif de kit ou un autre, il conviendra de choisir une focale adaptée à ses besoins. On peut les classer selon 3 catégories (c’est un choix arbitraire et d’autres photographes retiendront sans doute des plages différentes. Ce n’est pas très important et ne change pas la philosophie de ce classement) :
- Les focale courtes (en dessous de 28 mm) définissent les objectifs grand-angle. Elles sont généralement utilisées en photo de paysage car elles permettent de capturer une grande partie de notre environnement. Comme indiqué à plusieurs reprises, les objets apparaissent plus petits que dans la réalité.
- Les focales moyennes (entre 28 et 85 mm) caractérisent des objectifs standards. Elles sont en majorité utilisées pour le portrait mais sont assez polyvalentes. Ce sont celles qui se rapprochent le plus de l’œil humain (on considère celui-ci comme équivalent à une focale de 50 mm).
- Les longues focales (au-dessus de 85 mm) caractérisent les téléobjectifs. Ils présentent l’avantage de “grossir” les objets, au prix toutefois d’un angle de champs réduit. Ils sont généralement utilisés en photo de sport (vous avez sans doute vu des photographes au bord d’un terrain de foot ou d’un circuit de Formule 1 avec leurs énormes objectifs) ou en photo animalière. Les plus “puissants” peuvent atteindre 1200 mm, mais leur prix est alors totalement hors de portée d’un amateur !
Pour finir sur les objectifs et les focales, sachez qu’il existe 2 types d’objectifs :
- Les focales fixes. Comme leur nom l’indique, un tel objectif a une seule longueur focale. C’est le cas des smartphones, mais aussi de certains objectifs de reflex. Dans ce dernier cas, ils présentent l’avantage d’une certaine simplicité optique et offrent une bonne qualité d’image pour un prix et un encombrement contenus. Ils peuvent également être très performants en basse lumière grâce à leur ouverture plus importante. La contrepartie est une polyvalence limitée qui oblige à se déplacer pour varier l’angle de champ… mais ce n’est pas toujours possible.
- Les focales variables ou zoom. On les trouve sur les appareils photo type compact ou bridge ou sur certains objectifs de reflex. Elles sont beaucoup plus polyvalentes que les focales fixes car elles permettent de varier l’angle de champ en une seconde via un bouton ou une bague. Mais comme tout matériel polyvalent, elles doivent réaliser un compromis entre des caractéristiques opposées. Leur qualité optique est donc généralement inférieure à celle d’une focale fixe. Elles sont également plus chères et plus encombrantes que ces dernières tout en présentant des ouvertures moins importantes.
La figure 4 ci-dessous illustre une même scène photographiée à différentes focales (le cadrage n’a rien de photogénique mais je souhaitais maintenir l’antenne au centre de l’image J). Vous constatez qu’au grand angle l’antenne est à peine visible alors qu’elle occupe une bonne partie de l’image au téléobjectif.
Vous comprenez maintenant ce qu’est une focale et êtes capable de choisir un objectif en fonction de vos usages. Il existe néanmoins de nombreuses subtilités comme les effets secondaires des différentes focales et l’influence de la taille du capteur sur l’angle de champ. Si cela vous intéresse et que vous avez survécu à la lecture de ce post, je vous invite à en découvrir davantage dans la section “pour en savoir plus”.